JP6194789B2 - Optical waveguide device - Google Patents

Optical waveguide device Download PDF

Info

Publication number
JP6194789B2
JP6194789B2 JP2013265763A JP2013265763A JP6194789B2 JP 6194789 B2 JP6194789 B2 JP 6194789B2 JP 2013265763 A JP2013265763 A JP 2013265763A JP 2013265763 A JP2013265763 A JP 2013265763A JP 6194789 B2 JP6194789 B2 JP 6194789B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polarization
mode
optical waveguide
grating
refractive index
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013265763A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015121696A (en
Inventor
陽介 太縄
陽介 太縄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
Priority to JP2013265763A priority Critical patent/JP6194789B2/en
Publication of JP2015121696A publication Critical patent/JP2015121696A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6194789B2 publication Critical patent/JP6194789B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

この発明は、TE(Transverse Electric)偏波とTM(Transverse Magnetic)偏波との経路を切り換える光導波路素子に関する。   The present invention relates to an optical waveguide element that switches a path between a TE (Transverse Electric) polarization and a TM (Transverse Magnetic) polarization.

情報伝達量の増大に伴い、光配線技術が注目されている。光配線技術では、光ファイバや光導波路を伝送媒体とした光デバイスを用いて、情報処理機器内の装置間、ボード間又はチップ間等の情報伝達を光信号で行う。その結果、高速信号処理を要する情報処理機器においてボトルネックとなっている、電気配線の帯域制限を改善することができる。   As the amount of information transmitted increases, optical wiring technology has attracted attention. In the optical wiring technology, an optical device using an optical fiber or an optical waveguide as a transmission medium is used to transmit information between devices in information processing equipment, between boards, between chips, and the like using optical signals. As a result, it is possible to improve the band limitation of electrical wiring, which is a bottleneck in information processing equipment that requires high-speed signal processing.

光デバイスは、光送信器や光受信器等の光学素子を備えて構成される。これらの光学素子は、各光学素子の中心位置(受光位置あるいは発光位置)を設計位置に合せるための複雑な光軸合わせを行った上で、例えばレンズを用いて互いに空間結合することができる。   The optical device includes an optical element such as an optical transmitter or an optical receiver. These optical elements can be spatially coupled to each other using, for example, a lens after performing complicated optical axis alignment for adjusting the center position (light receiving position or light emitting position) of each optical element to the design position.

ここで、各光学素子を結合するための手段として、レンズの代わりに光導波路素子を利用する技術がある(例えば、特許文献1参照)。光導波路素子を利用する場合には、光が光導波路内に閉じ込められて伝搬するため、レンズを利用する場合と異なり、複雑な光軸合わせを必要としない。従って、光デバイスの組立工程が簡易となるため、量産に適する形態として有利である。光導波路素子は、例えばシリコン(Si)を導波路材料として、極めて小型に形成される。しかも、製造にはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)の製造過程が流用され低コスト化が実現されている(例えば、非特許文献1参照)。   Here, as means for coupling the optical elements, there is a technique that uses an optical waveguide element instead of a lens (see, for example, Patent Document 1). When the optical waveguide element is used, light is confined in the optical waveguide and propagates, so that complicated optical axis alignment is not required unlike the case of using a lens. Therefore, the assembly process of the optical device is simplified, which is advantageous as a form suitable for mass production. The optical waveguide element is formed extremely small using, for example, silicon (Si) as a waveguide material. In addition, the manufacturing process of CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) is diverted for manufacturing, and cost reduction is realized (for example, see Non-Patent Document 1).

ところで、受動型光加入者ネットワーク(PON:Passive Optical Network)等の波長多重技術を利用する通信システムにおいて光デバイスを用いる場合には、波長毎に光信号の経路を切り換える素子が必要となる。これを実現するために、波長フィルタとしての機能が付与された光導波路素子を使用した構造がある(例えば、特許文献1参照)。   By the way, when an optical device is used in a communication system using a wavelength multiplexing technique such as a passive optical network (PON), an element for switching the path of an optical signal for each wavelength is required. In order to realize this, there is a structure using an optical waveguide element provided with a function as a wavelength filter (see, for example, Patent Document 1).

光導波路素子の構造として、リブ型導波路やSi細線導波路がある。Si細線導波路では、実質的に光の伝送路となる光導波路コアを、Siを材料として形成する。そして、Siよりも屈折率の低い例えばシリカ等を材料としたクラッドで、光導波路コアの周囲を覆う。このような構成により、光導波路コアとクラッドとの屈折率差が極めて大きくなるため、光導波路コア内に光を強く閉じ込めることができる。その結果、曲げ半径を例えば数μm程度まで小さくした、小型の曲線導波路を実現することができる。そのため、電子回路と同程度の大きさの光回路を作成することが可能であり、光デバイス全体の小型化に有利である。   As a structure of the optical waveguide device, there are a rib-type waveguide and a Si fine wire waveguide. In the Si thin wire waveguide, an optical waveguide core that substantially becomes a light transmission path is formed using Si as a material. Then, the periphery of the optical waveguide core is covered with a clad made of, for example, silica having a refractive index lower than that of Si. With such a configuration, the refractive index difference between the optical waveguide core and the clad becomes extremely large, so that light can be strongly confined in the optical waveguide core. As a result, a small curved waveguide having a bending radius reduced to, for example, about several μm can be realized. Therefore, it is possible to create an optical circuit having a size comparable to that of an electronic circuit, which is advantageous for downsizing the entire optical device.

ここで、Si細線導波路は、偏波によって特性が異なる。そのため、Si細線導波路を用いた波長フィルタには、偏波依存性があるという欠点がある。そこで、偏波依存性を解消するために、波長フィルタとして機能する領域の前段に、偏波分離素子及び偏波回転素子を設ける構造がある(例えば、特許文献2参照)。   Here, the characteristics of the Si wire waveguide differ depending on the polarization. Therefore, the wavelength filter using the Si fine wire waveguide has a defect that it has polarization dependency. Therefore, in order to eliminate the polarization dependence, there is a structure in which a polarization separation element and a polarization rotation element are provided in the previous stage of the region functioning as a wavelength filter (see, for example, Patent Document 2).

この構造では、まず、偏波分離素子によって、入力された光信号を、互いに直交するTE偏波とTM偏波とを分離する。次に、偏波回転素子によって、一方の偏波を90°回転させる。その結果、波長フィルタに入力される光信号の偏波状態が、TE偏波又はTM偏波のいずれかに統一される。従って、波長フィルタの設計を、TE偏波又はTM偏波のいずれかに対してのみ行えばよく、偏波依存性が解消される。   In this structure, the input optical signal is first separated from the orthogonally polarized TE polarization and TM polarization by the polarization separation element. Next, one polarization is rotated by 90 ° by the polarization rotation element. As a result, the polarization state of the optical signal input to the wavelength filter is unified to either TE polarization or TM polarization. Therefore, the wavelength filter may be designed only for either the TE polarized wave or the TM polarized wave, and the polarization dependency is eliminated.

偏波分離素子は、例えば、並んで配置された2つのSi細線導波路を有する方向性結合器を利用して構成することができる(例えば、特許文献2参照)。方向性結合器を利用した偏波分離素子では、扁平な断面形状でSi細線導波路のコアを形成する。これによって、TE偏波とTM偏波とに対する、方向性結合器の結合作用長に差を生じさせる。その結果、TE偏波とTM偏波とを異なる経路で出力することができる。   The polarization separation element can be configured using, for example, a directional coupler having two Si wire waveguides arranged side by side (see, for example, Patent Document 2). In a polarization beam splitting element using a directional coupler, the core of a Si wire waveguide is formed with a flat cross-sectional shape. This causes a difference in the coupling action length of the directional coupler for the TE polarized wave and the TM polarized wave. As a result, the TE polarized wave and the TM polarized wave can be output through different paths.

特開2011−77133号公報JP 2011-77133 A 特開2009−244326号公報JP 2009-244326 A

IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, vol.12, No.6, November/December 2006 p.1371-1379IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, vol.12, No.6, November / December 2006 p.1371-1379

しかしながら、方向性結合器を利用した偏波分離素子では、製造誤差の影響を受けやすい(すなわち、製造トレランスが小さい)という欠点がある。例えば、方向性結合器を構成する2つのSi細線導波路の幅に誤差が生じた場合、各Si細線導波路間における結合効率が劣化する。その結果、TE偏波とTM偏波とを分離しきれず、一方の偏波を出力すべき経路に、他方の偏波が混入する恐れがある。   However, a polarization separation element using a directional coupler has a drawback that it is easily affected by manufacturing errors (that is, manufacturing tolerance is small). For example, when an error occurs in the width of two Si fine waveguides constituting the directional coupler, the coupling efficiency between the respective Si fine waveguides deteriorates. As a result, the TE polarized wave and the TM polarized wave cannot be separated from each other, and the other polarized wave may be mixed in the path through which one polarized wave is to be output.

この発明の目的は、TE偏波とTM偏波との経路を切り換える偏波分離素子として使用できる、製造トレランスが大きい光導波路素子を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an optical waveguide element that can be used as a polarization separation element that switches a path between a TE polarization and a TM polarization and that has a high manufacturing tolerance.

上述した課題を解決するために、この発明による光導波路素子は、以下の特徴を備えている。   In order to solve the above-described problems, an optical waveguide device according to the present invention has the following features.

この発明による光導波路素子は、第1光導波路コアと第2光導波路コアとを備えて構成される。第1光導波路コアは、i次モード(iは0以上の整数)の、TE偏波及びTM偏波のいずれか一方の偏波、並びにl次モード(lはiとは異なる0以上の整数)のTE偏波及びTM偏波を伝播させる多モード導波路部、及び多モード導波路部と接続されたブラッグ反射部を有している。また、第2光導波路コアは、結合部を有している。   The optical waveguide device according to the present invention includes a first optical waveguide core and a second optical waveguide core. The first optical waveguide core is composed of an i-order mode (i is an integer of 0 or more), one of TE polarization and TM polarization, and an l-order mode (l is an integer of 0 or more different from i). ) Of TE polarization and TM polarization, and a Bragg reflector connected to the multimode waveguide. The second optical waveguide core has a coupling portion.

ブラッグ反射部には、一方の偏波のl次モードとi次モードとを変換してブラッグ反射し、他方の偏波を透過させるグレーティングが形成されている。   The Bragg reflection portion is formed with a grating that converts the l-order mode and the i-order mode of one polarization to reflect Bragg and transmits the other polarization.

また、多モード導波路部と結合部とが、互いに離間しかつ並んで配置された双方向結合領域が設定されている。双方向結合領域では、多モード導波路部を伝播するi次モードの一方の偏波と、結合部を伝播するm次モード(mはiとは異なる0以上の整数)の一方の偏波とが結合される。   In addition, a bidirectional coupling region is set in which the multimode waveguide portion and the coupling portion are arranged apart from each other and aligned. In the bidirectional coupling region, one polarization of the i-th mode propagating through the multimode waveguide section and one polarization of the m-th mode propagating through the coupling section (m is an integer of 0 or more different from i) Are combined.

この発明による光導波路素子では、ブラッグ反射部のグレーティングによって、TE偏波とTM偏波を分離することができる。さらに、グレーティングにおいて反射される一方の偏波について、双方向結合領域において、第1光導波路コアと第2光導波路コアとの間で移行させることができる。従って、この一方の偏波を入力ポートとは別の出力ポートから出力することができる。そのため、この発明による光導波路素子は、TE偏波とTM偏波との経路を切り換える偏波分離素子として使用することができる。   In the optical waveguide device according to the present invention, the TE polarization and the TM polarization can be separated by the grating of the Bragg reflection portion. Furthermore, one polarized wave reflected by the grating can be shifted between the first optical waveguide core and the second optical waveguide core in the bidirectional coupling region. Therefore, this one polarization can be output from an output port different from the input port. Therefore, the optical waveguide element according to the present invention can be used as a polarization separation element that switches the path between the TE polarization and the TM polarization.

また、この発明による光導波路素子では、偏波の分離を行うグレーティングを含む各構成要素を、簡易な導波路作成プロセスで作成することができる。そのため、方向性結合器を利用した偏波分離素子と比して、製造トレランスを改善することができる。   Further, in the optical waveguide device according to the present invention, each component including a grating for separating polarization can be created by a simple waveguide creation process. Therefore, manufacturing tolerance can be improved as compared with the polarization separation element using the directional coupler.

(A)及び(B)は、実施の形態による光導波路素子を説明するための模式図である。(A) And (B) is a schematic diagram for demonstrating the optical waveguide element by embodiment. グレーティングを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating a grating. グレーティングを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating a grating. ブラッグ反射帯域の拡大について説明するための図である。It is a figure for demonstrating expansion of a Bragg reflection zone. グレーティングを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating a grating. 双方向結合領域を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating a bidirectional | two-way coupling area | region. グレーティングの設計例を決定するための図である。It is a figure for determining the design example of a grating. (A)及び(B)は、グレーティングの設計例を決定するための図である。(A) And (B) is a figure for determining the design example of a grating. グレーティングの特性を評価するための図である。It is a figure for evaluating the characteristic of a grating. 双方向結合領域の設計例を決定するための図である。It is a figure for determining the design example of a bidirectional | two-way coupling area | region.

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the shape, size, and arrangement relationship of each component are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood. In the following, a preferred configuration example of the present invention will be described. However, the material and numerical conditions of each component are merely preferred examples. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, and many changes or modifications that can achieve the effects of the present invention can be made without departing from the scope of the configuration of the present invention.

(構成)
図1(A)及び(B)を参照して、この実施の形態による光導波路素子について説明する。図1(A)は、光導波路素子を示す概略的平面図である。なお、図1では、後述するクラッド層を省略して示してある。図1(B)は、図1(A)に示す光導波路素子をI−I線で切り取った概略的端面図である。
(Constitution)
With reference to FIGS. 1A and 1B, an optical waveguide device according to this embodiment will be described. FIG. 1A is a schematic plan view showing an optical waveguide element. In FIG. 1, a clad layer described later is omitted. FIG. 1B is a schematic end view of the optical waveguide element shown in FIG.

光導波路素子100は、支持基板10と、クラッド層20と、第1ポート35、多モード導波路部31、第1テーパ部39a、ブラッグ反射部33、第2テーパ部39b及び第2ポート37を有する第1光導波路コア30と、結合部51及び第3ポート57を有する第2光導波路コア50とを備えて構成されている。また、ブラッグ反射部33には、特定の波長の光を反射するグレーティング40が形成されている。また、多モード導波路部31と、結合部51とが互いに離間しかつ並んで配置された双方向結合領域60が設定されている。   The optical waveguide element 100 includes a support substrate 10, a cladding layer 20, a first port 35, a multimode waveguide part 31, a first taper part 39 a, a Bragg reflection part 33, a second taper part 39 b, and a second port 37. The first optical waveguide core 30 has a second optical waveguide core 50 having a coupling portion 51 and a third port 57. The Bragg reflector 33 is formed with a grating 40 that reflects light of a specific wavelength. In addition, a bidirectional coupling region 60 is set in which the multimode waveguide section 31 and the coupling section 51 are spaced apart from each other and arranged side by side.

なお、以下の説明において、支持基板10の厚さに沿った方向を厚さ方向とする。また、第1光導波路コア30及び第2光導波路コア50について、これらを伝播する光の伝播方向に沿った方向を長さ方向とする。また、長さ方向及び厚さ方向に直交する方向を幅方向とする。   In the following description, the direction along the thickness of the support substrate 10 is the thickness direction. Moreover, about the 1st optical waveguide core 30 and the 2nd optical waveguide core 50, let the direction along the propagation direction of the light which propagates these be a length direction. Moreover, let the direction orthogonal to a length direction and a thickness direction be a width direction.

支持基板10は、例えば単結晶Siを材料とした平板状体として構成されている。   The support substrate 10 is configured as a flat body made of, for example, single crystal Si.

クラッド層20は、支持基板10上に、支持基板10の上面10aを被覆し、かつ第1光導波路コア30及び第2光導波路コア50を包含して形成されている。そして、クラッド層20は、例えばSiOを材料として形成されている。 The clad layer 20 is formed on the support substrate 10 so as to cover the upper surface 10 a of the support substrate 10 and include the first optical waveguide core 30 and the second optical waveguide core 50. The cladding layer 20 is formed using, for example, SiO 2 as a material.

第1光導波路コア30は、クラッド層20よりも高い屈折率を有する例えばSiを材料として形成されている。その結果、第1光導波路コア30は、光の伝送路として機能し、第1光導波路コア30に入射された光が第1光導波路コア30の平面形状に応じた伝播方向に伝播する。また、第2光導波路コア50は、第1光導波路コア30と同様に、クラッド層20よりも高い屈折率を有する例えばSiを材料として形成されている。その結果、第2光導波路コア50は、光の伝送路として機能し、第2光導波路コア50に入射された光が第2光導波路コア50の平面形状に応じた伝播方向に伝播する。   The first optical waveguide core 30 is made of, for example, Si having a refractive index higher than that of the cladding layer 20. As a result, the first optical waveguide core 30 functions as a light transmission path, and the light incident on the first optical waveguide core 30 propagates in the propagation direction according to the planar shape of the first optical waveguide core 30. Further, the second optical waveguide core 50 is formed of, for example, Si having a refractive index higher than that of the cladding layer 20, similarly to the first optical waveguide core 30. As a result, the second optical waveguide core 50 functions as a light transmission path, and light incident on the second optical waveguide core 50 propagates in a propagation direction corresponding to the planar shape of the second optical waveguide core 50.

光導波路素子100は、例えば、入力される光信号のTE偏波とTM偏波との経路を切り換える偏波分離素子として使用される。ここでは、一例として、第1ポート35から基本モード(0次モード)の光信号を入力し、基本モードのTM偏波を第2ポート37から出力し、かつ基本モードのTE偏波を第3ポート57から出力する構成例について説明する。   The optical waveguide device 100 is used as, for example, a polarization separation device that switches a path between a TE polarization and a TM polarization of an input optical signal. Here, as an example, a fundamental mode (0th-order mode) optical signal is input from the first port 35, the fundamental mode TM polarization is output from the second port 37, and the fundamental mode TE polarization is third. A configuration example output from the port 57 will be described.

この例では、基本モードの光信号は、第1光導波路コア30の第1ポート35に入力され、多モード導波路部31を経てブラック反射部33に送られる。光信号に含まれる基本モードのTE偏波は、ブラッグ反射部33に形成されたグレーティング40において、1次モードに変換されてブラッグ反射され、再び多モード導波路部31に送られる。基本モードのTM偏波は、モード変換されずに、グレーティング40を透過して第2ポート37から出力される。グレーティング40で反射され、多モード導波路部31を伝播する1次モードのTE偏波は、双方向結合領域60において、基本モードに変換されて、第2光導波路コア50の結合部51へ送られる。基本モードのTE偏波は、結合部51を経て、第3ポート57から出力される。   In this example, the fundamental mode optical signal is input to the first port 35 of the first optical waveguide core 30 and sent to the black reflecting portion 33 via the multimode waveguide portion 31. The fundamental mode TE-polarized light included in the optical signal is converted to the primary mode by Bragg reflection in the grating 40 formed in the Bragg reflector 33, and sent to the multimode waveguide section 31 again. The TM polarized wave in the basic mode is output from the second port 37 through the grating 40 without undergoing mode conversion. The primary mode TE polarized wave reflected by the grating 40 and propagating through the multimode waveguide section 31 is converted into a fundamental mode in the bidirectional coupling region 60 and transmitted to the coupling section 51 of the second optical waveguide core 50. It is done. The TE polarized wave in the basic mode is output from the third port 57 via the coupling unit 51.

第1ポート35は、シングルモード条件を達成する厚さ及び幅に設定されている。従って、基本モードの光を伝播させる。第1ポート35の一端35aは、多モード導波路部31の他端31bと接続されている。   The first port 35 is set to a thickness and a width that achieve a single mode condition. Therefore, the light of the fundamental mode is propagated. One end 35 a of the first port 35 is connected to the other end 31 b of the multimode waveguide section 31.

多モード導波路部31は、基本モードのTE偏波及びTM偏波、並びに1次モードのTE偏波を伝播させる。なお、多モード導波路部31の幾何学的な設計については後述する。多モード導波路部31は、第1テーパ部39aを介してブラッグ反射部33と接続されている。第1テーパ部39aの幅は、光の伝播方向に沿って、多モード導波路部31の一端31aの幅からブラッグ反射部33の一端33aの幅へ、連続的に変化するように設定されている。第1テーパ部39aを設けることによって、多モード導波路部31及びブラッグ反射部33間を伝播する光の反射を緩和することができる。   The multimode waveguide unit 31 propagates the TE mode and TM polarization in the fundamental mode and the TE polarization in the primary mode. The geometric design of the multimode waveguide section 31 will be described later. The multimode waveguide section 31 is connected to the Bragg reflection section 33 via the first taper section 39a. The width of the first tapered portion 39a is set so as to continuously change from the width of the one end 31a of the multimode waveguide portion 31 to the width of the one end 33a of the Bragg reflecting portion 33 along the light propagation direction. Yes. By providing the first taper portion 39a, reflection of light propagating between the multimode waveguide portion 31 and the Bragg reflection portion 33 can be reduced.

ブラッグ反射部33には、グレーティング40が形成されている。図2を参照して、グレーティング40について説明する。図2は、ブラッグ反射部に形成されたグレーティングを説明するための概略的平面図である。なお、図2では、支持基板及びクラッド層を省略して示してある。   A grating 40 is formed on the Bragg reflector 33. The grating 40 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic plan view for explaining the grating formed in the Bragg reflector. In FIG. 2, the support substrate and the clad layer are omitted.

この実施の形態では、グレーティング40は、特定の波長のTE偏波を、基本モードと1次モードとを変換してブラッグ反射する。また、基本モードのTM偏波を透過させる。   In this embodiment, the grating 40 Bragg-reflects TE polarized light having a specific wavelength by converting the fundamental mode and the primary mode. In addition, TM polarization in the basic mode is transmitted.

グレーティングにおけるブラッグ反射条件は、下式(1)で表される。なお、N及びNは、グレーティングにおいて結合される、入射光及び反射光の等価屈折率を示す。N及びNにおけるa及びbは、0以上の整数であり、それぞれ入射光及び反射光の次数を示す。また、Λはグレーティングの周期を示す。そして、グレーティングでは、下式(1)が成立する波長λ、すなわちブラッグ波長の光がブラッグ反射される。 The Bragg reflection condition in the grating is expressed by the following formula (1). N a and N b indicate the equivalent refractive indexes of incident light and reflected light that are combined in the grating. A and b in N a and N b are integers of 0 or more, and indicate the orders of incident light and reflected light, respectively. Λ indicates the period of the grating. In the grating, light having a wavelength λ satisfying the following expression (1), that is, light having a Bragg wavelength is Bragg reflected.

(N+N)Λ=λ ・・・(1) (N a + N b ) Λ = λ (1)

等価屈折率N及びNには波長依存性があるため、特定の波長λに対してのみ上式(1)が成立する。また、等価屈折率N及びNには偏波依存性があるため、等価屈折率N及びNは、TE偏波とTM偏波とで異なる値となる。 Since the equivalent refractive indexes N a and N b have wavelength dependence, the above equation (1) is established only for a specific wavelength λ. Further, since the equivalent refractive indexes N a and N b have polarization dependency, the equivalent refractive indexes N a and N b have different values for the TE polarized wave and the TM polarized wave.

上式(1)に基づき、波長λTEのTE偏波を、基本モードと1次モードとを変換してブラッグ反射する条件は、下式(2)で表される。なお、NTE0はTE偏波の基本モードの等価屈折率を、NTE1はTE偏波の1次モードの等価屈折率を、それぞれ示す。 Based on the above equation (1), the condition for Bragg reflection of the TE polarized wave of wavelength λ TE by converting the fundamental mode and the primary mode is expressed by the following equation (2). Incidentally, N TE0 is the equivalent refractive index of the fundamental mode of the TE polarization, N TE1 is the equivalent refractive index of the first-order mode of the TE polarization, respectively.

(NTE0+NTE1)Λ=λTE ・・・(2) (N TE0 + N TE1 ) Λ = λ TE (2)

波長λTEで、基本モードのTM偏波が、基本モード及び他の次数モードのTM偏波と結合されない条件において、基本モードのTM偏波はグレーティングを透過する。従って、基本モードのTM偏波がグレーティングを透過する条件は、下式(3)で表される。なお、NTM0はTM偏波の基本モードの等価屈折率を、NTMjはTM偏波のj次モード(jは0以上の整数)の等価屈折率を、それぞれ示す。 At a wavelength λ TE , the fundamental mode TM polarization passes through the grating under the condition that the fundamental mode TM polarization is not coupled with the fundamental mode and other order mode TM polarizations. Therefore, the condition under which the fundamental mode TM polarized light passes through the grating is expressed by the following equation (3). N TM0 represents the equivalent refractive index of the fundamental mode of TM polarization, and N TMj represents the equivalent refractive index of the j-order mode (j is an integer of 0 or more) of TM polarization.

(NTM0+NTMj)Λ≠λTE ・・・(3) (N TM0 + N TMj ) Λ ≠ λ TE (3)

グレーティング40は、基部41と突出部43a及び43bとを一体的に含んで構成されている。基部41は、一定の幅W1で、光の伝播方向に沿って延在して形成されている。突出部43a及び43bは、基部41の両側面に、それぞれ周期的に複数形成されている。基部41の幅W1、突出部3a及び43bの突出幅D、及び突出部43a及び43bの周期Λは、上式(2)及び(3)がともに成立するように設計される。また、基部41の一方の側面に形成された突出部43aと、他方の側面に形成された突出部43bとは、半周期(すなわちΛ/2)ずれて配置されている。   The grating 40 is configured to integrally include a base 41 and protrusions 43a and 43b. The base 41 has a constant width W1 and extends along the light propagation direction. A plurality of protrusions 43 a and 43 b are periodically formed on both side surfaces of the base 41. The width W1 of the base 41, the protrusion width D of the protrusions 3a and 43b, and the period Λ of the protrusions 43a and 43b are designed so that both the above equations (2) and (3) hold. Further, the protruding portion 43a formed on one side surface of the base 41 and the protruding portion 43b formed on the other side surface are arranged so as to be shifted by a half cycle (ie, Λ / 2).

その結果、多モード導波路部31から送られる、波長λTEの基本モードのTE偏波は、グレーティング40において、1次モードに変換されて反射される。ブラッグ反射された1次モードのTE偏波は、再び多モード導波路部31へ送られる。一方、基本モードのTM偏波は、モード変換及びブラッグ反射されずに、グレーティング40を透過する。グレーティング40を透過した基本モードのTM偏波は、第2テーパ部39bを経て第2ポート37へ送られる。 As a result, the fundamental mode TE polarized wave of wavelength λ TE sent from the multimode waveguide section 31 is converted into the primary mode and reflected by the grating 40. The Bragg-reflected primary mode TE polarization is sent to the multimode waveguide section 31 again. On the other hand, the TM-polarized light in the fundamental mode is transmitted through the grating 40 without being subjected to mode conversion and Bragg reflection. The TM polarization in the fundamental mode that has passed through the grating 40 is sent to the second port 37 via the second tapered portion 39b.

ここで、グレーティング40の変形例として、周期Λを一定に設定し、突出部43a及び43bの突出幅Dが周期毎に変化する構成とすることができる。図3を参照して、グレーティング40の変形例について説明する。図3は、グレーティングの変形例を説明するための概略的平面図である。なお、図3では、支持基板及びクラッド層を省略して示してある。   Here, as a modification of the grating 40, the period Λ may be set constant, and the protrusion width D of the protrusions 43a and 43b may be changed for each period. A modification of the grating 40 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic plan view for explaining a modified example of the grating. In FIG. 3, the support substrate and the clad layer are omitted.

図3に示す構成例では、第1周期目の突出部43a及び43bの突出幅D=Dに対して、周期毎に突出幅Dが一定の変化量でΔDずつ増加する。従って、第k周期では、突出部43a及び43bの突出幅DがD+ΔD(k−1)となる。 In the configuration example shown in FIG. 3, with respect to protrusion width D = D 0 of the first cycle of protrusions 43a and 43 b, protrusion width D in each cycle is increased by ΔD at a constant variation. Accordingly, in the k-th cycle, the protrusion width D of the protrusions 43a and 43b is D 0 + ΔD (k−1).

突出部43a及び43bの突出幅Dが変化することによって、上式(2)及び(3)を満足するブラッグ波長λTEが変化し、それに伴い等価屈折率が変化する。従って、突出幅Dを変化させることによって、グレーティング40においてブラッグ反射される波長帯域(ブラッグ反射帯域)を拡大することができる。 By protrusion width D of the protruding portions 43a and 43b are changed, the Bragg wavelength lambda TE is changed to satisfy the above equation (2) and (3), the equivalent refractive index is changed accordingly. Therefore, by changing the protrusion width D, the wavelength band (Bragg reflection band) in which Bragg reflection is performed in the grating 40 can be expanded.

図4を参照して、ブラッグ反射帯域の拡大について説明する。図4では、横軸に波長を、また、縦軸に反射強度をそれぞれ取って示している。なお、グレーティング40の第k−1周期におけるブラッグ波長をλk−1、第k周期におけるブラッグ波長をλ、及び第k+1周期におけるブラッグ波長をλk+1とする。 The expansion of the Bragg reflection band will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents reflection intensity. Note that the Bragg wavelength in the k−1 period of the grating 40 is λ k−1 , the Bragg wavelength in the k period is λ k , and the Bragg wavelength in the k + 1 period is λ k + 1 .

図4に示すように、周期毎に突出幅DがΔD増加すると、隣り合う周期のブラッグ波長の中心波長が長波長側にΔλシフトする。   As shown in FIG. 4, when the protrusion width D increases by ΔD for each period, the center wavelength of the Bragg wavelength in the adjacent period is shifted by Δλ toward the long wavelength side.

周期毎のブラッグ波長のシフト量Δλは、突出幅Dの変化量ΔDを用いて、近似的に下式(4)で表すことができる。なお、Nは基本モードの等価屈折率を、Nは1次モードの等価屈折率を、それぞれ示す。この実施の形態では、グレーティング40がTE偏波をブラッグ反射する構成例であるため、NはTE偏波の基本モードの等価屈折率に、NはTE偏波の1次モードの等価屈折率に、それぞれ対応する。 The shift amount Δλ of the Bragg wavelength for each period can be approximately expressed by the following expression (4) using the change amount ΔD of the protrusion width D. N 0 represents the equivalent refractive index of the fundamental mode, and N 1 represents the equivalent refractive index of the primary mode. In this embodiment, since the grating 40 is a configuration example in which the TE polarized wave is Bragg-reflected, N 0 is the equivalent refractive index of the TE polarized fundamental mode, and N 1 is the equivalent refractive index of the TE polarized primary mode. Each corresponds to a rate.

Figure 0006194789
Figure 0006194789

従って、ΔDを調整し、各周期のブラッグ波長がオーバーラップするようにΔλを設定することによって、ブラッグ反射帯域を拡大することができる。例えばk周期のグレーティング40を形成する場合には、突出幅Dが一定である場合と比して、ブラッグ反射帯域をΔλ×k程度拡大することができる。その結果、ブラッグ反射の波長依存性を緩和することができる。   Therefore, the Bragg reflection band can be expanded by adjusting ΔD and setting Δλ so that the Bragg wavelengths in each period overlap. For example, when the grating 40 having a k period is formed, the Bragg reflection band can be expanded by about Δλ × k compared to the case where the protrusion width D is constant. As a result, the wavelength dependence of Bragg reflection can be relaxed.

また、グレーティング40におけるブラッグ反射帯域を拡大する、他の変形例として、突出部43a及び43bの突出幅D及びデューティ比を一定として、周期Λが周期毎に変化する構成とすることもできる。この変形例を図5に示す。図5に示す構成例では、第1周期目の周期Λ=Λに対して、周期毎に周期Λが一定の変化量でΔΛずつ増加する。従って、第k周期では、周期ΛがΛ+ΔΛ(k−1)となる。 Further, as another modified example of expanding the Bragg reflection band in the grating 40, the protrusion widths 43 and the duty ratio of the protrusions 43a and 43b may be constant, and the period Λ may be changed for each period. This modification is shown in FIG. In the configuration example shown in FIG. 5, with respect to the period Λ = Λ 0 in the first period, the period Λ increases by ΔΛ with a constant change amount for each period. Therefore, in the k-th period, the period Λ is Λ 0 + ΔΛ (k−1).

周期Λが変化することによって、上式(2)及び(3)を満足するブラッグ波長λTEが変化し、それに伴い等価屈折率が変化する。従って、周期Λを変化させることでも、グレーティング40においてブラッグ反射帯域を拡大することができる。周期毎のブラッグ波長のシフト量Δλは、周期Λの変化量ΔΛを用いて、近似的に下式(5)で表すことができる。 By changing the period Λ, the Bragg wavelength λ TE that satisfies the above equations (2) and (3) changes, and the equivalent refractive index changes accordingly. Accordingly, the Bragg reflection band can be expanded in the grating 40 by changing the period Λ. The shift amount Δλ of the Bragg wavelength for each period can be approximately expressed by the following equation (5) using the change amount ΔΛ of the period Λ.

Figure 0006194789
Figure 0006194789

従って、ΔΛを調整し、各周期のブラッグ波長がオーバーラップするようにΔλを設定することによって、ブラッグ反射帯域を拡大することができる。突出幅Dを変化させる場合と同様に、例えばk周期のグレーティング40を形成する場合には、周期Λが一定である場合と比して、ブラッグ反射帯域をΔλ×k程度拡大することができる。その結果、ブラッグ反射の波長依存性を緩和することができる。   Therefore, by adjusting ΔΛ and setting Δλ so that the Bragg wavelengths in each period overlap, the Bragg reflection band can be expanded. Similar to the case where the protrusion width D is changed, for example, when the grating 40 having the k period is formed, the Bragg reflection band can be expanded by about Δλ × k compared to the case where the period Λ is constant. As a result, the wavelength dependence of Bragg reflection can be relaxed.

第2ポート37は、シングルモード条件を達成する厚さ及び幅に設定されている。従って、基本モードの光を伝播させる。第2ポート37は、第2テーパ部39bを介してブラッグ反射部33と接続されている。第2テーパ部39bは、ブラッグ反射部33の他端33bの幅から第2ポート37の一端37aの幅へ、連続的に変化するように設定されている。第2テーパ部39bを設けることによって、ブラッグ反射部33及び第2ポート37間を伝播する光の反射を緩和することができる。   The second port 37 is set to a thickness and a width that achieve a single mode condition. Therefore, the light of the fundamental mode is propagated. The second port 37 is connected to the Bragg reflector 33 via the second tapered portion 39b. The second taper portion 39 b is set so as to continuously change from the width of the other end 33 b of the Bragg reflector 33 to the width of the one end 37 a of the second port 37. By providing the second tapered portion 39b, reflection of light propagating between the Bragg reflecting portion 33 and the second port 37 can be relaxed.

結合部51は、第1光導波路コア30の多モード導波路部31と、互いに離間し、かつ並んで配置されている。結合部51は、シングルモード条件を達成する厚さ及び幅に設定されている。従って、結合部51は、基本モードの光を伝播させる。さらに、結合部51の他端51bは、第3ポート57と接続されている。   The coupling portion 51 is arranged apart from and side by side with the multimode waveguide portion 31 of the first optical waveguide core 30. The coupling portion 51 is set to a thickness and a width that achieve a single mode condition. Accordingly, the coupling unit 51 propagates the light in the fundamental mode. Further, the other end 51 b of the coupling portion 51 is connected to the third port 57.

第3ポート57は、シングルモード条件を達成する厚さ及び幅に設定されている。従って、第3ポート57は、基本モードの光を伝播させる。   The third port 57 is set to a thickness and a width that achieve a single mode condition. Accordingly, the third port 57 propagates light in the fundamental mode.

また、光導波路素子100では、第1光導波路コア30の多モード導波路部31と、第2光導波路コア50の結合部51とが、互いに離間しかつ並んで配置された双方向結合領域60が設定されている。図6を参照して、双方向結合領域60について説明する。図6は、双方向結合領域60を説明するための概略的平面図である。なお、図6では、支持基板及びクラッド層を省略して示してある。   Further, in the optical waveguide device 100, the bidirectional coupling region 60 in which the multimode waveguide portion 31 of the first optical waveguide core 30 and the coupling portion 51 of the second optical waveguide core 50 are arranged apart from each other and arranged side by side. Is set. The bidirectional coupling region 60 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic plan view for explaining the bidirectional coupling region 60. In FIG. 6, the support substrate and the clad layer are omitted.

双方向結合領域60では、多モード導波路部31を伝播する1次モードのTE偏波と、結合部51を伝播する基本モードのTE偏波とが結合される。   In the bidirectional coupling region 60, the primary mode TE polarized wave propagating through the multimode waveguide unit 31 and the fundamental mode TE polarized wave propagating through the coupling unit 51 are coupled.

多モード導波路部31及び結合部51は、それぞれの中心軸が平行とされている。さらに、多モード導波路部31及び結合部51は、多モード導波路部31の一端31aと結合部51の一端51aとが揃って配置されている。また、多モード導波路部31の他端31bと結合部51の他端51bとが揃って配置されている。   The central axes of the multimode waveguide section 31 and the coupling section 51 are parallel to each other. Further, the multimode waveguide section 31 and the coupling section 51 are arranged such that one end 31 a of the multimode waveguide section 31 and one end 51 a of the coupling section 51 are aligned. In addition, the other end 31 b of the multimode waveguide portion 31 and the other end 51 b of the coupling portion 51 are aligned.

多モード導波路部31は、一端31aから他端31bへ、幅が連続的に縮小するテーパ形状とされている。多モード導波路部31の一端31aの幅W2は、基本モード及び1次モードのTE偏波、並びに基本モードのTM偏波を伝播可能な伝播定数に対応して設定されている。また、多モード導波路部31の他端31bの幅W3は、基本モードのTE偏波及びTM偏波を伝播可能な伝播定数に対応して設定されている。   The multimode waveguide section 31 has a tapered shape whose width continuously decreases from one end 31a to the other end 31b. The width W2 of the one end 31a of the multimode waveguide section 31 is set so as to correspond to propagation constants capable of propagating the fundamental mode and the primary mode TE polarized waves and the fundamental mode TM polarized waves. Further, the width W3 of the other end 31b of the multimode waveguide section 31 is set corresponding to a propagation constant capable of propagating the fundamental mode TE polarized wave and TM polarized wave.

また、結合部51は、一端51aから他端51bへ、幅が連続的に拡大するテーパ形状とされている。結合部51の一端51aの幅W4及び他端51bの幅W5は、それぞれ基本モードのTE偏波を伝播可能な伝播定数に対応して設定されている。   Further, the coupling portion 51 has a tapered shape in which the width continuously increases from the one end 51a to the other end 51b. The width W4 of the one end 51a and the width W5 of the other end 51b of the coupling portion 51 are set corresponding to propagation constants capable of propagating the fundamental mode TE polarized wave.

多モード導波路部31の一端31aにおける1次モードのTE偏波の伝播定数は、結合部51の一端51aにおける基本モードのTE偏波の伝播定数よりも大きく設定されている。また、多モード導波路部31の他端31bにおける基本モードのTE偏波の伝播定数は、結合部51の他端51bにおける基本モードのTE偏波の伝播定数よりも大きく設定されている。   The propagation constant of the TE polarization of the primary mode at one end 31 a of the multimode waveguide section 31 is set to be larger than the propagation constant of the TE polarization of the fundamental mode at one end 51 a of the coupling section 51. The propagation constant of the fundamental mode TE polarization at the other end 31 b of the multimode waveguide section 31 is set to be larger than the propagation constant of the fundamental mode TE polarization at the other end 51 b of the coupling section 51.

このように設計した双方向結合領域60では、多モード導波路部31の1次モードのTE偏波の伝播定数と、結合部51の基本モードのTE偏波の伝播定数とが一致する点が存在する。その結果、多モード導波路部31を伝播する1次モードのTE偏波と、結合部51を伝播する基本モードのTE偏波とを結合することができる。従って、ブラッグ反射部33から送られ、一端31a側から多モード導波路部31に入力される1次モードのTE偏波は、基本モードに変換されて結合部51に移行する。なお、上述したように、多モード導波路部31の他端31bにおける基本モードのTE偏波の伝播定数は、結合部51の他端51bにおける基本モードのTE偏波の伝播定数よりも大きく設定されている。そのため、他端31b側から多モード導波路部31に入力される基本モードのTE偏波が、結合部51に移行する恐れはない。   In the bidirectional coupling region 60 designed in this way, the propagation constant of the TE polarization of the primary mode of the multimode waveguide section 31 matches the propagation constant of the TE polarization of the fundamental mode of the coupling section 51. Exists. As a result, the primary mode TE polarized wave propagating through the multimode waveguide section 31 and the fundamental mode TE polarized wave propagating through the coupling section 51 can be coupled. Therefore, the TE polarization of the first-order mode transmitted from the Bragg reflector 33 and input to the multimode waveguide section 31 from the one end 31 a side is converted into the fundamental mode and transferred to the coupling section 51. As described above, the propagation constant of the TE polarized wave in the fundamental mode at the other end 31b of the multimode waveguide section 31 is set to be larger than the propagation constant of the TE polarized wave in the fundamental mode at the other end 51b of the coupling section 51. Has been. Therefore, there is no possibility that the fundamental mode TE polarized wave input from the other end 31 b side to the multimode waveguide section 31 is transferred to the coupling section 51.

以上説明したように、この実施の形態による光導波路素子100では、ブラッグ反射部33のグレーティング40によって、TE偏波とTM偏波を分離することができる。さらに、グレーティング40において反射されたTE偏波を、双方向結合領域60において、第1光導波路コア30から第2光導波路コア50へ移行することができる。従って、TE偏波を入力ポートとは別の出力ポートから出力することができる。そのため、光導波路素子100は、TE偏波とTM偏波との経路を切り換える偏波分離素子として使用することができる。   As described above, in the optical waveguide device 100 according to this embodiment, the TE polarized wave and the TM polarized wave can be separated by the grating 40 of the Bragg reflector 33. Furthermore, the TE polarized wave reflected by the grating 40 can be transferred from the first optical waveguide core 30 to the second optical waveguide core 50 in the bidirectional coupling region 60. Therefore, TE polarized wave can be output from an output port different from the input port. Therefore, the optical waveguide device 100 can be used as a polarization separation device that switches the path between the TE polarization and the TM polarization.

また、実質的に偏波の分離を行うグレーティング40を含む、光導波路素子100の各構成要素は、簡易な導波路作成プロセスで作成可能である。そのため、方向性結合器を利用した偏波分離素子と比して、製造トレランスを改善することができる。   In addition, each component of the optical waveguide device 100 including the grating 40 that substantially separates polarization can be created by a simple waveguide creation process. Therefore, manufacturing tolerance can be improved as compared with the polarization separation element using the directional coupler.

なお、ここでは、グレーティング40が、TE偏波の基本モードと1次モードとを変換してブラッグ反射する構成について説明した。しかしながら、この発明による光導波路素子100は、この構成に限定されない。   Here, the configuration in which the grating 40 performs Bragg reflection by converting the fundamental mode and the first-order mode of TE polarization has been described. However, the optical waveguide device 100 according to the present invention is not limited to this configuration.

下式(6)及び(7)がともに成立するように設計することによって、波長λTEのTE偏波のl次モード(lは0以上の整数)とi次モード(iはlとは異なる0以上の整数)とを変換してブラッグ反射し、かつTM偏波を透過させるグレーティング40を形成することができる。なお、NTElはTE偏波のl次モードの等価屈折率を、NTEiはTE偏波のi次モードの等価屈折率を、NTMlはTM偏波のl次モードの等価屈折率を、NTMjはTM偏波のj次モード(jは0以上の整数)の等価屈折率を、それぞれ示す。 By designing so that the following equations (6) and (7) are both established, the TE-polarized l-order mode (l is an integer of 0 or more) and i-order mode (i is different from l) of wavelength λ TE It is possible to form a grating 40 that converts Bragg reflection and transmits TM polarized light. N TEl is the equivalent refractive index of the l-order mode of the TE polarized wave, N TEi is the equivalent refractive index of the i-order mode of the TE polarized wave, N TMl is the equivalent refractive index of the l-order mode of the TM polarized wave, N TMj indicates the equivalent refractive index of the j-order mode of TM polarization (j is an integer of 0 or more).

(NTEl+NTEi)Λ=λTE ・・・(6) (N TEl + N TEi ) Λ = λ TE (6)

(NTMl+NTMj)Λ≠λTE ・・・(7) (N TMl + N TMj ) Λ ≠ λ TE (7)

あるいは、下式(8)及び(9)がともに成立するように設計することによって、波長λTMのTM偏波のl次モードとi次モードとを変換してブラッグ反射し、かつTE偏波を透過させるグレーティング40を形成することもできる。 Alternatively, by designing so that both the following equations (8) and (9) are satisfied, the TM-polarized l-order mode and the i-order mode of wavelength λ TM are converted to Bragg reflection, and the TE polarized wave A grating 40 that transmits light can also be formed.

(NTMl+NTMi)Λ=λTM ・・・(8) (N TMl + N TMi ) Λ = λ TM (8)

(NTEl+NTEj)Λ≠λTM ・・・(9) (N TEl + N TEj ) Λ ≠ λ TM (9)

また、双方向結合領域60において結合される光についても、基本モードのTE偏波と1次モードのTE偏波とに限定されない。多モード導波路部31の一端31aの幅W2及び他端31bの幅W3、並びに結合部51の一端51aの幅W4及び他端51bの幅W5を、適宜設定することによって、多モード導波路部31を伝播するi次モードの一方の偏波と、結合部51を伝播するm次モード(mはiとは異なる0以上の整数)の一方の偏波とを結合することができる。   Also, the light coupled in the bidirectional coupling region 60 is not limited to the fundamental mode TE polarization and the primary mode TE polarization. By appropriately setting the width W2 of the one end 31a and the width W3 of the other end 31b of the multimode waveguide section 31, and the width W4 of the one end 51a and the width W5 of the other end 51b of the coupling section 51, the multimode waveguide section One polarization of the i-th mode propagating through 31 can be combined with one polarization of the m-order mode (m is an integer of 0 or more different from i) propagating through the coupling unit 51.

(製造方法)
この実施の形態による光導波路素子100は、例えばSOI(Silicon On Insulator)基板を利用することによって、簡易に製造することができる。
(Production method)
The optical waveguide device 100 according to this embodiment can be easily manufactured by using, for example, an SOI (Silicon On Insulator) substrate.

すなわち、まず、支持基板層、SiO層、及びSi層が順次積層されて構成されたSOI基板を用意する。 That is, first, an SOI substrate is prepared in which a support substrate layer, a SiO 2 layer, and a Si layer are sequentially stacked.

次に、例えばエッチング技術を用い、Si層をパターニングすることによって、第1光導波路コア30及び第2光導波路コア50を形成する。その結果、支持基板10としての支持基板層上にSiO層が積層され、さらにSiO層上に第1光導波路コア30及び第2光導波路コア50が形成された構造体を得ることができる。 Next, the first optical waveguide core 30 and the second optical waveguide core 50 are formed by patterning the Si layer using, for example, an etching technique. As a result, a structure in which the SiO 2 layer is laminated on the support substrate layer as the support substrate 10 and the first optical waveguide core 30 and the second optical waveguide core 50 are further formed on the SiO 2 layer can be obtained. .

次に、例えばCVD法を用いて、SiO層上に、SiOを材料とした材料層を、第1光導波路コア30及び第2光導波路コア50を被覆して形成する。その結果、SiO層及び材料層から、第1光導波路コア30及び第2光導波路コア50を包含するクラッド層20が形成される。 Next, a material layer made of SiO 2 is formed on the SiO 2 layer so as to cover the first optical waveguide core 30 and the second optical waveguide core 50 by using, for example, a CVD method. As a result, the cladding layer 20 including the first optical waveguide core 30 and the second optical waveguide core 50 is formed from the SiO 2 layer and the material layer.

(利用形態)
発明者は、光導波路素子100の利用形態として、好適な設計例を決定するためにいくつかのシミュレーションを行った。なお、以下の各シミュレーションでは、光導波路素子100に入力される光信号の波長が1.5μmである場合を想定している。そして、グレーティング40は、TE偏波の基本モードと1次モードとを変換してブラッグ反射する構成例を想定している。また、双方向結合領域60は、基本モードのTE偏波と1次モードのTE偏波とを結合する構成例を想定している。また、第1光導波路コア30及び第2光導波路コア50を厚さ0.22μmのSi製とし、クラッド層20をSiO製とした。
(Usage form)
The inventor performed several simulations in order to determine a suitable design example as a usage form of the optical waveguide device 100. In the following simulations, it is assumed that the wavelength of the optical signal input to the optical waveguide device 100 is 1.5 μm. The grating 40 assumes a configuration example in which the fundamental mode and the primary mode of TE polarization are converted and Bragg reflected. In addition, the bidirectional coupling region 60 is assumed to be configured to couple the fundamental mode TE polarization and the primary mode TE polarization. The first optical waveguide core 30 and the second optical waveguide core 50 are made of Si having a thickness of 0.22 μm, and the cladding layer 20 is made of SiO 2 .

まず、FEM(Finite Element Method)を用い、上式(2)及び(3)がともに成立するグレーティング40の設計の好適例について検討した。   First, using a FEM (Finite Element Method), a preferred example of the design of the grating 40 in which both the above equations (2) and (3) are established was examined.

このシミュレーションでは、グレーティング40の基部41の幅W1と、基本モード及び1次モードのTE偏波、並びに基本モード及び1次モードのTM偏波のそれぞれの等価屈折率との関係を確認した。なお、このシミュレーションでは、グレーティング40の突出部43a及び43bの突出幅Dを0.1μmの一定とした。   In this simulation, the relationship between the width W1 of the base 41 of the grating 40 and the equivalent refractive indices of the fundamental mode and the first-order mode TE polarization, and the fundamental mode and the first-order mode TM polarization was confirmed. In this simulation, the protrusion width D of the protrusions 43a and 43b of the grating 40 is constant at 0.1 μm.

シミュレーションの結果を図7に示す。図7は、グレーティング40の基部41の幅W1と、各等価屈折率との関係を示す図である。図7では、縦軸に等価屈折率を任意の目盛で、また、横軸に基部41の幅W1をμm単位で取って示してある。また、図7において、◆は基本モードのTE偏波の結果を、▲は1次モードのTE偏波の結果を、■は基本モードのTM偏波の結果を、及び×は1次モードのTM偏波の結果を、それぞれ示している。   The simulation results are shown in FIG. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the width W1 of the base 41 of the grating 40 and each equivalent refractive index. In FIG. 7, the vertical axis represents the equivalent refractive index on an arbitrary scale, and the horizontal axis represents the width W1 of the base 41 in units of μm. In FIG. 7, ◆ indicates the result of TE polarization in the basic mode, ▲ indicates the result of TE polarization in the primary mode, ■ indicates the result of TM polarization in the basic mode, and × indicates the result of the primary mode. The results of TM polarization are shown respectively.

図7に示すように、基部41の幅W1を0.52μmよりも小さく設定する構成では、1次モードのTM偏波の等価屈折率がカットオフとなる。また、基部41の幅W1を0.3μmよりも小さく設定する構成では、1次モードのTE偏波の等価屈折率がカットオフとなる。従って、基部41の幅W1を0.3<W1<〜0.52の範囲内とすることによって、グレーティング40において、1次モードのTE偏波を伝播可能とし、かつ1次モードのTM偏波を伝播不可能とすることができる。   As shown in FIG. 7, in the configuration in which the width W1 of the base 41 is set to be smaller than 0.52 μm, the equivalent refractive index of the TM polarization in the first-order mode is cut off. Further, in the configuration in which the width W1 of the base portion 41 is set to be smaller than 0.3 μm, the equivalent refractive index of the TE polarization of the first mode is cut off. Accordingly, by setting the width W1 of the base 41 within the range of 0.3 <W1 <˜0.52, the grating 40 can propagate the TE polarized light in the first mode and the TM polarized light in the first mode. Can not be propagated.

この結果に基づき、発明者は、基部41の幅W1を0.4μmに決定した。図7に示すように、基部41の幅W1が0.4μmであるとき、基本モードのTE偏波の等価屈折率は2.487となり、また、1次モードのTE偏波の等価屈折率は1.602となる。このとき、ブラッグ波長をλTE=1.5μmとして、上式(2)から、グレーティング40の周期がΛ=0.367μmに決定される。従って、基部41の幅W1を0.4μm、突出部43a及び43bの突出幅Dを0.1μm、及び周期Λを0.367μmにそれぞれ設計することによって、グレーティング40において、波長1.5μmの基本モードのTE偏波を、1次モードに変換してブラッグ反射させることができる。 Based on this result, the inventor determined the width W1 of the base 41 to 0.4 μm. As shown in FIG. 7, when the width W1 of the base 41 is 0.4 μm, the equivalent refractive index of the TE polarized wave in the basic mode is 2.487, and the equivalent refractive index of the TE polarized wave in the first mode is 1.602. At this time, assuming that the Bragg wavelength is λ TE = 1.5 μm, the period of the grating 40 is determined to be Λ = 0.367 μm from the above equation (2). Therefore, by designing the width W1 of the base 41 to 0.4 μm, the protrusion width D of the protrusions 43a and 43b to 0.1 μm, and the period Λ to 0.367 μm, the grating 40 has a fundamental wavelength of 1.5 μm. The TE polarization of the mode can be converted to the primary mode and Bragg reflected.

また、図7に示すように、基部41の幅W1が0.4μmであるとき、基本モードのTM偏波の等価屈折率は1.839となる。このとき、ブラッグ波長をλTE=1.5μmとすると、上式(3)の右辺と左辺とが一致しない。この結果から、上述した設計において、波長1.5μmの基本モードのTM偏波が、グレーティング40を透過することが確認された。 As shown in FIG. 7, when the width W1 of the base 41 is 0.4 μm, the equivalent refractive index of the TM polarized light in the fundamental mode is 1.839. At this time, if the Bragg wavelength is λ TE = 1.5 μm, the right side and the left side of the above equation (3) do not match. From this result, it was confirmed that the TM polarized wave of the fundamental mode having a wavelength of 1.5 μm is transmitted through the grating 40 in the above-described design.

次に、発明者は、グレーティング40において、ブラッグ反射帯域を拡大する設計について検討した。ここでは、周期Λを一定として、突出部43a及び43bの突出幅Dが周期毎に変化する構成(図3参照)について、突出幅Dの変化量ΔDを決定した。   Next, the inventor examined a design for expanding the Bragg reflection band in the grating 40. Here, the amount of change ΔD of the protrusion width D is determined for a configuration in which the protrusion width 43 of the protrusions 43a and 43b changes for each period (see FIG. 3), with the period Λ being constant.

上式(4)を変形することによって、下式(10)が導かれる。   By transforming the above equation (4), the following equation (10) is derived.

Figure 0006194789
Figure 0006194789

このシミュレーションでは、上式(10)に基づき、基本モードのTE偏波の等価屈折率及び1次モードのTE偏波の等価屈折率の和(NTE0+NTE1)の、波長分散及びΔDに係る構造分散を確認した。 In this simulation, the chromatic dispersion and ΔD of the sum (N TE0 + N TE1 ) of the equivalent refractive index of the TE-polarized light in the fundamental mode and the equivalent refractive index of the TE-polarized light in the first-order mode are based on the above equation (10) The structural dispersion was confirmed.

シミュレーションの結果を図8(A)及び(B)に示す。図8(A)は、波長と等価屈折率の和(NTE0+NTE1)の関係を示す図である。図8(A)では、縦軸に等価屈折率の和(NTE0+NTE1)を任意の目盛で、また、横軸に波長をμm単位で取って示してある。また、図8(B)は、突出幅Dの変化量ΔDと等価屈折率の和(NTE0+NTE1)の関係を示す図である。図8(B)では、縦軸に等価屈折率の和(NTE0+NTE1)を任意の目盛で、また、横軸に突出幅Dの変化量ΔDをμm単位で取って示してある。 The simulation results are shown in FIGS. 8 (A) and 8 (B). FIG. 8A is a diagram showing the relationship between the wavelength and the sum of the equivalent refractive indices (N TE0 + N TE1 ). In FIG. 8A, the vertical axis represents the sum of the equivalent refractive indexes (N TE0 + N TE1 ) on an arbitrary scale, and the horizontal axis represents the wavelength in μm units. FIG. 8B is a diagram showing the relationship between the change amount ΔD of the protrusion width D and the sum of the equivalent refractive indexes (N TE0 + N TE1 ). In FIG. 8B, the vertical axis represents the sum of the equivalent refractive indexes (N TE0 + N TE1 ) on an arbitrary scale, and the horizontal axis represents the variation ΔD of the protrusion width D in units of μm.

図8(A)における、波長と等価屈折率の和(NTE0+NTE1)の関係を線形近似と仮定すると、傾き−1.83が得られる。これを、等価屈折率の和(NTE0+NTE1)の波長分散として、上式(10)の{∂(N+N)}/(∂λ)に代入する。また、図8(B)における、突出幅Dの変化量ΔDと等価屈折率の和(NTE0+NTE1)の関係を線形近似と仮定すると、傾き2.63が得られる。これを、等価屈折率の和(NTE0+NTE1)の構造分散として、上式(10)の{∂(N+N)}/(∂D)に代入する。さらに、図7に係るシミュレーションにおいて決定した周期Λ=0.367μmを代入して、上式(10)からΔλ/ΔD=0.576が得られる。 Assuming that the relationship between the wavelength and the sum of the equivalent refractive indexes (N TE0 + N TE1 ) in FIG. 8A is a linear approximation, a slope of −1.83 is obtained. This is substituted into {∂ (N 0 + N 1 )} / (∂λ) in the above equation (10) as the chromatic dispersion of the sum of equivalent refractive indices (N TE0 + N TE1 ). Further, assuming that the relationship between the change amount ΔD of the protrusion width D and the sum of the equivalent refractive indexes (N TE0 + N TE1 ) in FIG. 8B is a linear approximation, a slope of 2.63 is obtained. This is substituted into {∂ (N 0 + N 1 )} / (∂D 0 ) in the above equation (10) as the structural dispersion of the sum of equivalent refractive indices (N TE0 + N TE1 ). Further, by substituting the period Λ = 0.367 μm determined in the simulation according to FIG. 7, Δλ / ΔD = 0.576 is obtained from the above equation (10).

ここで、例えば、100周期のグレーティング40を形成し、ブラッグ波長を0.1μm拡大することを想定する(すなわちΔλ×100=0.1)。その場合には、シミュレーションによって得られたΔλ/ΔD=0.576を用いて、ΔDを0.0018μmと決定できる。   Here, for example, it is assumed that the grating 40 with 100 periods is formed and the Bragg wavelength is expanded by 0.1 μm (that is, Δλ × 100 = 0.1). In that case, ΔD can be determined to be 0.0018 μm using Δλ / ΔD = 0.576 obtained by simulation.

次に、発明者は、3次元FDTD(Finite Difference Time Domain)法を用いて、図7及び図8に係るシミュレーションから決定した設計のグレーティング40について特性を評価した。このシミュレーションでは、基本モードのTE偏波及びTM偏波を含む光をグレーティング40に入力した。そして、グレーティング40からの反射光に含まれる各偏波、及びグレーティング40からの透過光に含まれる各偏波の強度を観測した。なお、グレーティング40からの反射光については、1次モードを観測した。また、グレーティング40からの透過光については、基本モードを観測した。   Next, the inventor evaluated the characteristics of the grating 40 having a design determined from the simulations shown in FIGS. 7 and 8 by using a three-dimensional FDTD (Finite Difference Time Domain) method. In this simulation, light including the TE-polarized light and the TM-polarized light in the basic mode is input to the grating 40. Then, the intensity of each polarization included in the reflected light from the grating 40 and the intensity of each polarization included in the transmitted light from the grating 40 were observed. For the reflected light from the grating 40, the primary mode was observed. For the transmitted light from the grating 40, the fundamental mode was observed.

シミュレーションの結果を図9に示す。図9は、特性評価の結果を示す図である。図9では、縦軸に光の強度をdB目盛で、また、横軸に波長をμm単位で取って示してある。   The result of the simulation is shown in FIG. FIG. 9 is a diagram showing the results of characteristic evaluation. In FIG. 9, the vertical axis indicates the light intensity in dB scale, and the horizontal axis indicates the wavelength in μm.

図9に示すように、グレーティング40からの反射光では、1次モードのTE偏波が、1次モードのTM偏波に比して大きく含まれている。図9から、反射光に含まれる1次モードのTE偏波及びTM偏波の偏波間消光比を、少なくとも35dB程度確保できることが確認された。また、図9に示すように、グレーティング40からの透過光では、基本モードのTM偏波が、基本モードのTE偏波に比して大きく含まれている。図9から、透過光に含まれる基本モードのTE偏波及びTM偏波の偏波間消光比を、少なくとも50dB程度確保できることが確認された。図9の結果から、グレーティング40を用いることによって、十分な偏波間消光比でTE偏波とTM偏波とを分離できることが確認された。   As shown in FIG. 9, the reflected light from the grating 40 includes a large amount of primary mode TE polarized light as compared to the primary mode TM polarized light. From FIG. 9, it was confirmed that the polarization extinction ratio between the TE polarization and TM polarization of the primary mode included in the reflected light can be secured at least about 35 dB. Also, as shown in FIG. 9, the transmitted light from the grating 40 contains a larger amount of fundamental mode TM polarization than the fundamental mode TE polarization. From FIG. 9, it was confirmed that the polarization extinction ratio of the TE mode and TM polarization in the fundamental mode included in the transmitted light can be secured at least about 50 dB. From the result of FIG. 9, it was confirmed that the TE polarization and the TM polarization can be separated with a sufficient polarization extinction ratio by using the grating 40.

次に、発明者は、双方向結合領域60の好適な設計例について検討した。   Next, the inventor examined a suitable design example of the bidirectional coupling region 60.

既に説明したように、双方向結合領域60に含まれる多モード導波路部31については、一端31aの幅W2を、基本モード及び1次モードのTE偏波、並びに基本モードのTM偏波を伝播可能な伝播定数に対応して設定する。また、他端31bの幅W3を、基本モードのTE偏波及びTM偏波を伝播可能な伝播定数に対応して設定する。一方、双方向結合領域60に含まれる結合部51については、結合部51の一端51aの幅W4及び他端51bの幅W5を、それぞれ基本モードのTE偏波を伝播可能な伝播定数に対応して設定する。そして、多モード導波路部31の一端31aにおける1次モードのTE偏波の伝播定数を、結合部51の一端51aにおける基本モードのTE偏波の伝播定数よりも大きく設定する。また、多モード導波路部31の他端31bにおける基本モードのTE偏波の伝播定数は、結合部51の他端51bにおける基本モードのTE偏波の伝播定数よりも大きく設定する。発明者は、これらの条件を満たす多モード導波路部31及び結合部51を、FEMを用いて決定した。   As described above, the multimode waveguide section 31 included in the bidirectional coupling region 60 propagates the width W2 of the one end 31a through the TE mode and the primary mode TE polarized wave and the fundamental mode TM polarized wave. Set for possible propagation constants. Further, the width W3 of the other end 31b is set corresponding to the propagation constant capable of propagating the TE polarized wave and TM polarized wave in the basic mode. On the other hand, for the coupling portion 51 included in the bidirectional coupling region 60, the width W4 of the one end 51a and the width W5 of the other end 51b of the coupling portion 51 correspond to the propagation constants capable of propagating the TE polarized wave of the fundamental mode. To set. Then, the propagation constant of the primary mode TE polarized wave at the one end 31 a of the multimode waveguide section 31 is set to be larger than the propagation constant of the fundamental mode TE polarized wave at the one end 51 a of the coupling section 51. The propagation constant of the fundamental mode TE polarization at the other end 31 b of the multimode waveguide section 31 is set larger than the propagation constant of the fundamental mode TE polarization at the other end 51 b of the coupling section 51. The inventor has determined the multimode waveguide section 31 and the coupling section 51 that satisfy these conditions using FEM.

図10は、FEMを用いて算出した、光導波路コアの幅と等価屈折率との関係を示す図である。図10では、縦軸に等価屈折率を任意の目盛で、また、横軸に光導波路コアの幅をμm単位で取って示してある。なお、図10において、◆は基本モードのTE偏波の結果を、▲は1次モードのTE偏波の結果を、及び■は基本モードのTM偏波の結果を、それぞれ示している。   FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the width of the optical waveguide core and the equivalent refractive index calculated using FEM. In FIG. 10, the vertical axis indicates the equivalent refractive index on an arbitrary scale, and the horizontal axis indicates the width of the optical waveguide core in units of μm. In FIG. 10, ◆ indicates the result of TE polarization in the fundamental mode, ▲ indicates the result of TE polarization in the primary mode, and ■ indicates the result of TM polarization in the fundamental mode.

まず、多モード導波路部31の一端31aの幅W2を、基本モード及び1次モードのTE偏波、並びに基本モードのTM偏波を伝播可能な幅として、W2=0.6μmに決定した。なお、W2=0.6μmでは、TM偏波は、基本モードのみが伝播可能である。   First, the width W2 of the one end 31a of the multimode waveguide section 31 was determined to be W2 = 0.6 μm as a width capable of propagating the fundamental mode and the primary mode TE polarized wave and the fundamental mode TM polarized wave. When W2 = 0.6 μm, TM polarization can propagate only in the fundamental mode.

次に、多モード導波路部31の他端31bの幅W3として、TE偏波及びTM偏波が、基本モードのみ伝播可能となる条件を見出す。図10に示すように、光導波路コアの幅が0.4μmよりも小さくなる条件において、1次モードのTE偏波の等価屈折率がカットオフとなる。従って、多モード導波路部31の他端31bの幅W3を、W3<0.4μmとする。ここでは、W3=0.35μmに決定した。   Next, as the width W3 of the other end 31b of the multimode waveguide section 31, a condition is found in which TE polarized light and TM polarized light can propagate only in the fundamental mode. As shown in FIG. 10, under the condition that the width of the optical waveguide core is smaller than 0.4 μm, the equivalent refractive index of the TE polarization in the first mode is cut off. Accordingly, the width W3 of the other end 31b of the multimode waveguide section 31 is set to W3 <0.4 μm. Here, W3 = 0.35 μm was determined.

次に、多モード導波路部31の一端31aにおける1次モードのTE偏波の伝播定数が、結合部51の一端51aにおける基本モードのTE偏波の伝播定数よりも大きくなる条件で、結合部51の一端51aの幅W4を決定する。多モード導波路部31の一端31aの幅W2をW2=0.6μmとする。図10に示すように、光導波路コアの幅が0.6μmのときの1次モードのTE偏波の等価屈折率は、光導波路コアの幅が0.28よりも小さい条件における、基本モードのTE偏波の等価屈折率よりも大きくなる。従って、結合部51の一端51aの幅W4をW4<0.28μmとする。ここでは、W4=0.1μmに決定した。   Next, under the condition that the propagation constant of the TE polarization of the first mode at the one end 31a of the multimode waveguide section 31 is larger than the propagation constant of the TE polarization of the fundamental mode at the one end 51a of the coupling section 51. The width W4 of the one end 51a of 51 is determined. The width W2 of the one end 31a of the multimode waveguide section 31 is set to W2 = 0.6 μm. As shown in FIG. 10, the equivalent refractive index of TE polarized light in the first-order mode when the width of the optical waveguide core is 0.6 μm is that of the fundamental mode under the condition that the width of the optical waveguide core is smaller than 0.28. It becomes larger than the equivalent refractive index of TE polarized light. Accordingly, the width W4 of the one end 51a of the coupling portion 51 is set to W4 <0.28 μm. Here, W4 = 0.1 μm was determined.

次に、多モード導波路部31の他端31bにおける基本モードのTE偏波の伝播定数が、結合部51の他端51bにおける基本モードのTE偏波の伝播定数よりも大きくなる条件で、結合部51の他端51bの幅W5を決定する。この条件は、W3>W5>W4を満たすことで達成される。ここでは、W5=0.25μmに決定した。   Next, under the condition that the propagation constant of the fundamental mode TE polarized wave at the other end 31 b of the multimode waveguide section 31 is larger than the propagation constant of the fundamental mode TE polarized wave at the other end 51 b of the coupling section 51. The width W5 of the other end 51b of the part 51 is determined. This condition is achieved by satisfying W3> W5> W4. Here, W5 = 0.25 μm was determined.

また、多モード導波路部31と結合部51との中心間距離W6、及び双方向結合領域60の長さ(結合長)L1は、多モード導波路部31を伝播する1次モードのTE偏波と結合部51を伝播する1次モードのTE偏波とで結合が生じる寸法で設計する。ここでは、中心間距離W6=0.78μm、及び結合長L1=100μmに決定した(図6参照)。   The center-to-center distance W6 between the multimode waveguide section 31 and the coupling section 51 and the length (coupling length) L1 of the bidirectional coupling region 60 are TE deviations of the primary mode propagating through the multimode waveguide section 31. The dimensions are designed so that the coupling occurs between the wave and the TE mode polarized wave propagating through the coupling portion 51. Here, the center-to-center distance W6 = 0.78 μm and the coupling length L1 = 100 μm were determined (see FIG. 6).

以上に説明した設計の双方向結合領域60について、発明者は、BPM(Beam Propagation Method)を用いて特性を評価した。その結果、多モード導波路部31を伝播する1次モードのTE偏波と結合部51を伝播する基本モードのTE偏波との結合効率は、−0.15dB程度であった。また、多モード導波路部31を伝播する基本モードのTE偏波及びTM偏波が、結合部51に移行しないことが確認された。この結果から、双方向結合領域60が、一方の偏波の特定のモードに対する変換及び分離機能を有することが確認された。   The inventor evaluated the characteristics of the bidirectional coupling region 60 having the above-described design using BPM (Beam Propagation Method). As a result, the coupling efficiency between the primary mode TE polarized wave propagating through the multimode waveguide unit 31 and the fundamental mode TE polarized wave propagating through the coupling unit 51 was about −0.15 dB. Further, it was confirmed that the TE mode and TM polarization of the fundamental mode propagating through the multimode waveguide unit 31 do not shift to the coupling unit 51. From this result, it was confirmed that the bidirectional coupling region 60 has a conversion and separation function for a specific mode of one polarization.

10:支持基板
20:クラッド層
30:第1光導波路コア
31:多モード導波路部
33:ブラッグ反射部
35:第1ポート
37:第2ポート
40:グレーティング
50:第2光導波路コア
51:結合部
57:第3ポート
60:双方向結合領域
100:光導波路素子
10: support substrate 20: clad layer 30: first optical waveguide core 31: multimode waveguide section 33: Bragg reflector 35: first port 37: second port 40: grating 50: second optical waveguide core 51: coupling Portion 57: Third port 60: Bidirectional coupling region 100: Optical waveguide device

Claims (4)

i次モード(iは0以上の整数)の、TE偏波及びTM偏波のいずれか一方の偏波、並びにl次モード(lはiとは異なる0以上の整数)のTE偏波及びTM偏波を伝播させる多モード導波路部、及び該多モード導波路部と接続されたブラッグ反射部を有する第1光導波路コアと、
結合部を有する第2光導波路コアと
を備え、
前記ブラッグ反射部には、前記一方の偏波のl次モードとi次モードとを変換してブラッグ反射し、他方の偏波を透過させるグレーティングが形成されており、
前記多モード導波路部と前記結合部とが、互いに離間しかつ並んで配置された双方向結合領域が設定されており、
前記双方向結合領域では、前記多モード導波路部を伝播するi次モードの前記一方の偏波と、前記結合部を伝播するm次モード(mはiとは異なる0以上の整数)の前記一方の偏波とが結合される
ことを特徴とする光導波路素子。
Polarization of one of TE polarization and TM polarization in the i-order mode (i is an integer of 0 or more), and TE polarization and TM of the l-order mode (l is an integer of 0 or more different from i) A first optical waveguide core having a multi-mode waveguide section for propagating polarized waves, and a Bragg reflection section connected to the multi-mode waveguide section;
A second optical waveguide core having a coupling portion;
The Bragg reflector is formed with a grating that converts the l-order mode and the i-order mode of the one polarized wave to reflect the Bragg and transmits the other polarized wave,
A bidirectional coupling region is set in which the multimode waveguide part and the coupling part are spaced apart from each other and arranged side by side;
In the bidirectional coupling region, the one polarization of the i-th mode propagating through the multimode waveguide section and the m-order mode (m is an integer of 0 or more different from i) propagating through the coupling section. An optical waveguide device, wherein one polarization is coupled.
前記グレーティングは、
ブラッグ波長λTE、グレーティング周期Λ、l次モードのTE偏波の等価屈折率NTEl、i次モードのTE偏波の等価屈折率NTEi、l次モードのTM偏波の等価屈折率NTMl、及びj次モード(jは0以上の整数)のTM偏波の等価屈折率NTMjについて、(NTEl+NTEi)Λ=λTE及び(NTMl+NTMj)Λ≠λTEをともに満足する設計、又は、
ブラッグ波長λTM、グレーティング周期Λ、l次モードのTM偏波の等価屈折率NTMl、i次モードのTM偏波の等価屈折率NTMi、l次モードのTE偏波の等価屈折率NTEl、及びj次モードのTE偏波の等価屈折率NTEjについて、(NTMl+NTMi)Λ=λTM及び(NTEl+NTEj)Λ≠λTMをともに満足する設計で形成される
ことを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子。
The grating is
Bragg wavelength lambda TE, grating period lambda, TE polarization equivalent refractive index N TEL of l-order mode, i order mode of the TE polarization equivalent refractive index N TEi, l TM polarization equivalent refractive index of the order mode N TML , And j-order mode (j is an integer greater than or equal to 0) TM polarization equivalent refractive index N TMj satisfies both (N TEl + N TEi ) Λ = λ TE and (N TMl + N TMj ) Λ ≠ λ TE Design or
Bragg wavelength lambda TM, grating period lambda, TM polarization equivalent refractive index N TML of l-order mode, i order mode of the TM polarization equivalent refractive index N TMi, l TE polarization equivalent refractive index of the order mode N TEL , And the TE-polarized equivalent refractive index N TEj of (N TMl + N TMi ) Λ = λ TM and (N TEl + N TEj ) Λ ≠ λ TM The optical waveguide device according to claim 1.
前記グレーティングは、一定の幅で、光の伝播方向に沿って延在して形成される基部と、該基部の両側面にそれぞれ周期的に複数形成されている突出部とを含んで構成され、
前記基部の一方の側面に形成された突出部と、前記基部の他方の側面に形成された突出部とは、半周期ずれて配置されており、
前記突出部は、周期毎に突出幅が一定の変化量で変化する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光導波路素子。
The grating includes a base having a constant width and extending along a light propagation direction, and a plurality of protrusions periodically formed on both side surfaces of the base.
The protruding portion formed on one side surface of the base portion and the protruding portion formed on the other side surface of the base portion are arranged with a half-cycle shift,
The optical waveguide element according to claim 1, wherein the protrusion has a protrusion width that changes with a constant amount for each period.
前記グレーティングは、一定の幅で、光の伝播方向に沿って延在して形成される基部と、該基部の両側面にそれぞれ周期的に複数形成されている突出部とを含んで構成され、
前記基部の一方の側面に形成された突出部と、前記基部の他方の側面に形成された突出部とは、半周期ずれて配置されており、
前記突出部の周期は、周期毎に一定の変化量で変化する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光導波路素子。
The grating includes a base having a constant width and extending along a light propagation direction, and a plurality of protrusions periodically formed on both side surfaces of the base.
The protruding portion formed on one side surface of the base portion and the protruding portion formed on the other side surface of the base portion are arranged with a half-cycle shift,
3. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the period of the protruding portion changes with a constant change amount for each period.
JP2013265763A 2013-12-24 2013-12-24 Optical waveguide device Active JP6194789B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013265763A JP6194789B2 (en) 2013-12-24 2013-12-24 Optical waveguide device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013265763A JP6194789B2 (en) 2013-12-24 2013-12-24 Optical waveguide device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015121696A JP2015121696A (en) 2015-07-02
JP6194789B2 true JP6194789B2 (en) 2017-09-13

Family

ID=53533350

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013265763A Active JP6194789B2 (en) 2013-12-24 2013-12-24 Optical waveguide device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6194789B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109407209A (en) * 2018-12-25 2019-03-01 龙岩学院 A kind of light wave based on mode converter and Bragg waveguide grating divides mould to divide hybrid multiplex demultiplexer

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106483601B (en) * 2015-08-25 2019-10-01 南京中兴新软件有限责任公司 A kind of polarization beam apparatus
JP6089077B1 (en) * 2015-08-25 2017-03-01 沖電気工業株式会社 Waveguide type optical diffraction grating and optical wavelength filter
JP6175468B2 (en) * 2015-09-18 2017-08-02 沖電気工業株式会社 Optical waveguide device
JP6127171B1 (en) * 2016-02-26 2017-05-10 沖電気工業株式会社 Polarization-independent wavelength filter
JP6328189B2 (en) * 2016-08-15 2018-05-23 沖電気工業株式会社 Optical wavelength filter
US10228512B2 (en) 2016-09-29 2019-03-12 Oki Electric Industry Co., Ltd. Wavelength filter
JP6349364B2 (en) * 2016-09-29 2018-06-27 沖電気工業株式会社 Wavelength filter
JP6298906B1 (en) * 2017-02-10 2018-03-20 沖電気工業株式会社 Wavelength filter
JP6379245B1 (en) * 2017-03-16 2018-08-22 沖電気工業株式会社 Optical waveguide device and receiving circuit
WO2018227556A1 (en) * 2017-06-16 2018-12-20 华为技术有限公司 Optical add-drop multiplexer
JP6574818B2 (en) * 2017-08-15 2019-09-11 沖電気工業株式会社 Wavelength filter
JP6397973B1 (en) * 2017-08-15 2018-09-26 沖電気工業株式会社 Optical waveguide device and wavelength filter
JP6771600B2 (en) * 2019-01-15 2020-10-21 沖電気工業株式会社 Optical waveguide circuit
JP6861775B2 (en) * 2019-09-30 2021-04-21 沖電気工業株式会社 Optical waveguide element and optical axis adjustment method
JP2021124578A (en) 2020-02-04 2021-08-30 富士通株式会社 Optical circuit element, optical transceiver using optical circuit element, and manufacturing method for optical circuit element
JP2022082851A (en) * 2020-11-24 2022-06-03 沖電気工業株式会社 Grating element and optical device
CN114624815A (en) * 2022-03-08 2022-06-14 华中科技大学 Passive waveguide type polarization rotation beam splitter with large manufacturing tolerance and high polarization extinction ratio
CN115291194B (en) * 2022-10-08 2023-01-03 深圳市速腾聚创科技有限公司 Light receiving and dispatching module, laser radar, automatic driving system and movable equipment
CN116642663A (en) * 2023-05-26 2023-08-25 上海赛丽微电子有限公司 End face coupler testing device, method and testing array

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3891302A (en) * 1973-09-28 1975-06-24 Western Electric Co Method of filtering modes in optical waveguides
US6850665B2 (en) * 1999-05-12 2005-02-01 Sabeus Photonics Wavelength-selective optical fiber components using cladding-mode assisted coupling
JP4361030B2 (en) * 2005-02-25 2009-11-11 日本電信電話株式会社 Mode splitter and optical circuit
JP2006269543A (en) * 2005-03-22 2006-10-05 Oki Electric Ind Co Ltd Wavelength variable element
US8682119B2 (en) * 2011-05-09 2014-03-25 Alcatel Lucent High performance optical polarization diversity circuit

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109407209A (en) * 2018-12-25 2019-03-01 龙岩学院 A kind of light wave based on mode converter and Bragg waveguide grating divides mould to divide hybrid multiplex demultiplexer

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015121696A (en) 2015-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6194789B2 (en) Optical waveguide device
US9588295B2 (en) Directional coupler and design method thereof, optical waveguide element and wavelength filter
JP6379245B1 (en) Optical waveguide device and receiving circuit
JP6402519B2 (en) Optical waveguide device
US8594503B2 (en) Method and system for multiplexer waveguide coupling
US10228512B2 (en) Wavelength filter
JP6300437B2 (en) Optical waveguide device
JP6119306B2 (en) Optical waveguide device
JP6127171B1 (en) Polarization-independent wavelength filter
JP6397862B2 (en) Optical waveguide device
JP6643437B1 (en) Optical waveguide device
JP6630806B1 (en) Optical waveguide circuit
JP6327308B2 (en) Optical waveguide device
JP6298906B1 (en) Wavelength filter
JP2019035855A (en) Optical waveguide device and wavelength filter
JP6476247B1 (en) Wavelength filter
JP2015191029A (en) spot size converter
JP6991259B2 (en) Optical waveguide element
JP6660985B2 (en) Wavelength filter
JP6029703B2 (en) Optical waveguide device
JP2021157130A (en) Optical waveguide element
JP6131285B2 (en) Optical waveguide device
JP2021157131A (en) Optical waveguide circuit and sensing device
JP2020112725A (en) Optical waveguide circuit
JP2013064942A (en) Optical element

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160816

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170712

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170718

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170731

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6194789

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150